北航馮林課題組：磁流體基靶向給藥微納米機器人小鼠體內實現腫瘤殺傷

近幾年具有出色變形能力和可控性的磁流體機器人受到廣泛關注。然而，這些研究大多是在體外進行的，將磁流體用于體內醫療應用仍然是一個巨大的挑戰。同時，將磁流體機器人應用于人體也需要解決許多關鍵問題。本研究創建了基于磁流體的毫米機器人，用于體內腫瘤靶向治療，其中考慮了生物相容性、可控性和腫瘤殺傷效果。針對生物相容性問題，磁流體機器人使用玉米油作為基載液。

此外，該研究使用的控制系統能夠在復雜的生物介質中實現對機器人的三維磁驅動。利用1064納米的光熱轉換特性，磁流體機器人可以在體外殺死腫瘤細胞，在體內抑制腫瘤體積、破壞腫瘤間質、增加腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞增殖。這項研究為基于磁流體的毫米機器人在體內實現靶向治療提供了參考。

圖1.用于近紅外 II 窗口腫瘤光熱治療的生物兼容磁流體液滴機器人（BFR）概念圖。

圖2. BFR表征。(A)Fe₃O₄納米粒子的 XRD 圖。(B)Fe₃O₄納米顆粒的傅立葉變換紅外圖。(C)油酸包裹Fe₃O₄納米顆粒的傅立葉變換紅外圖。(D) BFRs 中納米粒子的透射電子顯微鏡（TEM）結果。(E) 所制備磁流體的磁滯線。(F) 磁流體的紫外-可見-近紅外吸收光譜。(G) 不同濃度的BFR在 1064 納米近紅外照射下的溫度曲線。(H) 5個加熱-冷卻循環過程中BFR的光熱穩定性研究。

圖3. BFR在體外模擬血液循環環境中的運動。(A) BFR 可被控制移動到全血環境中三維血管模型的任意分支。比例尺：5 毫米：(B) BFR 在肝門靜脈血管模型中的運動控制，顯示了 BFR 由于可變形性和分裂能力而在血管中的可移動性。比例尺：2 毫米。(C) 磁流體機器人越過障礙物的側面示意圖。(D) BFR 在磁阻力作用下穿過障礙物和心臟組織表面的溝槽。(E) BFR 超聲成像示意圖。比例尺：5 毫米：(F) BFR 在一塊牛心血管組織的內表面形成一個穩定的球體。(G) 超聲成像視頻快照，顯示運動控制過程中 BFR 在不同時間的位置。比例尺：2 毫米。(H) BFR 在全血環境中逆流而上。比例尺：1 毫米。

圖4. 體內腫瘤殺傷實驗。(A) 各實驗組裸鼠在治療六天后的腫瘤情況，(B) 體重曲線。(C) 腫瘤大小曲線。(D) 六天治療后離體腫瘤組織的體積統計。(E) 小鼠腫瘤切片的 H&E 染色結果。比例尺：50 微米。(F) 和 (G) 腫瘤切片的 TUNEL 和 KI67 染色結果。黑色背景圖像為熒光圖像，白色背景圖像為特征熒光圖像。比例尺：100 μm。